基于IE改善的MES研發(fā)

李西，王俊佳，石宇強，張敏，梁春艷

(西南科技大學制造學院，四川 綿陽621010)

0 引言

制造執(zhí)行系統(tǒng)(manufacturing execution system，MES)作為面向車間生產(chǎn)的管理信息系統(tǒng)，在企業(yè)計劃管理層(ERP)和車間控制底層(FCS)之間架起了一座橋梁［1］，是企業(yè)計算機集成制造信息集成的紐帶，是實施企業(yè)敏捷制造戰(zhàn)略和實現(xiàn)車間生產(chǎn)敏捷化的基本技術手段。

目前國內(nèi)MES的發(fā)展現(xiàn)狀并不樂觀，只有少數(shù)企業(yè)能夠真正用好MES。其中存在的一個很大的問題就是MES數(shù)據(jù)來源的正確性、標準性，生產(chǎn)管理者在不正確的數(shù)據(jù)基礎上做出的決策也必然是不合理的，反而影響企業(yè)正常的生產(chǎn)計劃，工業(yè)工程(industrial engineering，IE)恰好能彌補MES數(shù)據(jù)來源標準性、準確性的不足。工業(yè)工程概念于1955年美國工業(yè)工程師協(xié)會(AIIE)正式提出的，旨在運用IE改善手法降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品品質(zhì)。因此，一個企業(yè)要推行MES，必須先做IE改善，經(jīng)過IE改善后得到標準的、準確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)才能真正為MES所用;同時，MES能將IE的一些改善手段和改善后得到的優(yōu)化結果信息化、固化，加快企業(yè)IE改善的節(jié)奏。

1 基于IE改善的MES系統(tǒng)構架

基于IE改善的制造執(zhí)行系統(tǒng)結合工作研究、程序分析、作業(yè)分析、動作分析、工作抽樣、5W1H、ECRS等 IE改善手段改善后得到的標準流程、標準作業(yè)、標準工時等標準生產(chǎn)信息，融入IE管理理念，從生產(chǎn)計劃的下達，到成品出貨的整個過程實行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、管理的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)向ERP等上層管理系統(tǒng)提供實時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及IE改善后的標準生產(chǎn)信息，揭開車間生產(chǎn)現(xiàn)場的“黑箱”，讓生產(chǎn)過程透明化，輔助管理人員做出正確的生產(chǎn)決策，根據(jù)這種設計思想，提出了如圖1所示的系統(tǒng)構架。

圖1 基于IE改善的MES系統(tǒng)構架

基于IE改善的MES包含傳統(tǒng)MES的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、車間調(diào)度、設備狀態(tài)、品質(zhì)管理、產(chǎn)品追蹤等功能的同時融入IE管理的一些優(yōu)化理念，例如把IE的精益生產(chǎn)、6西格瑪、看板管理等與MES融合起來，將IE改善手段信息化，從而加快企業(yè)IE改善的節(jié)奏，同時，增強MES的可行性。

IE改善后得到的標準生產(chǎn)信息和IE管理理念的融入，使得該系統(tǒng)得到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)更準確，更標準，促進了MES的實施。在具體的實施過程中，需要根據(jù)企業(yè)實際的生產(chǎn)情況，確定MES相應的功能模塊。

2 企業(yè)基于IE改善的MES研發(fā)

2.1 企業(yè)背景

某裝備制造企業(yè)主要加工汽輪機葉片，葉片種類多，批量少，共有4個加工工段，13個加工機群，加工設備均為大型數(shù)控機床，自動化程度較高，目前人機配置不合理，經(jīng)過抽樣調(diào)查以及人機操作分析，發(fā)現(xiàn)操作工平均利用率僅為40%，利用率較低。隨著市場競爭不斷加劇，該企業(yè)意識到MES的重要性，組織技術人員結合公司實際生產(chǎn)情況，針對公司目前存在的人機配置不合理等問題進行了基于IE改善的MES的研究。

2.2 IE 改善方案

針對該廠人機配置不合理，提出了如圖2所示的IE改善方案的思路圖。首先對產(chǎn)品加工流程進行分析，運用5W1H，ECRS對生產(chǎn)流程進行優(yōu)化;之后運用達寶易軟件(一款動作分析軟件)，對員工作業(yè)進行動作分析;最后用秒表測得操作員工的標準工時，將標準作業(yè)流程和標準工時導入MES，結合設備加工時間和人機配置優(yōu)化原理，得到一個合理的人機配置決策。

圖2 IE改善方案思路圖

2.3 基于IE改善的MES功能結構

結合該公司實際生產(chǎn)情況和IE改善方案，基于B/S架構，采用asp.net開發(fā)服務器，SQL Server 2008作為后臺數(shù)據(jù)庫，開發(fā)了基于IE改善的MES，系統(tǒng)同時向公司已有的ERP等管理系統(tǒng)提供了相應的數(shù)據(jù)接口，保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)的共享，避免信息孤島的存在，系統(tǒng)框架如圖3所示。車間現(xiàn)場采用電子標簽(RFID)高效數(shù)據(jù)采集方式將生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫服務器，MES結合現(xiàn)場返回的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)現(xiàn)場進行實時的監(jiān)控。

圖3 MES系統(tǒng)框架

系統(tǒng)的功能結構如圖4所示，管理者可以通過系統(tǒng)查詢與管理該廠各機群標準操作工時，進行各機群人機配置決策;同時，系統(tǒng)還包含了基礎信息管理、工藝管理、產(chǎn)品生產(chǎn)追蹤、看板管理等功能模塊。

圖4 MES系統(tǒng)功能結構

1)基本信息管理

基本信息管理模塊包括員工基本信息、產(chǎn)品基本信息、機群基本信息、設備基本信息四個子模塊，每個子模塊都可以實現(xiàn)相應基本信息的錄入、查詢、修改、刪除、EXCEL導出等功能，便于管理人員對企業(yè)基本信息的查詢與管理。

2)工藝管理

工藝管理模塊包括葉片加工工藝管理和加工工藝查詢兩個子模塊，詳細記錄葉片加工工藝流程和加工參數(shù)，實現(xiàn)對葉片加工工藝流程的信息化管理。

3)品質(zhì)管理

產(chǎn)品品質(zhì)的好壞關系到一個企業(yè)的生存與滅亡。品質(zhì)管理模塊通過現(xiàn)場信息的實時采集，對產(chǎn)品合格率、不良缺陷分布的波動數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，對于品質(zhì)問題的確定、原因、波及的范圍實現(xiàn)快速準確定位并實現(xiàn)產(chǎn)品隱患的追溯和分析。

4)產(chǎn)品生產(chǎn)追蹤

產(chǎn)品生產(chǎn)追蹤模塊通過對物料箱內(nèi)嵌入的電子標簽的識別從而追蹤產(chǎn)品的整個生產(chǎn)過程。生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集器在產(chǎn)品加工和完工時把加工數(shù)據(jù)返回到數(shù)據(jù)庫服務器，管理人員通過產(chǎn)品編號的查詢從而實時觀測產(chǎn)品的加工進度，查詢車間歷史加工數(shù)據(jù)。

5)人機配置管理

該模塊將IE改善后得到的標準數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)庫，融入人機配置優(yōu)化算法，輔助管理人員做出一個合理的人機配置決策。

當機群在下達新的加工任務時，在人機配置決策(圖5)輸入加工產(chǎn)品的相應信息，系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫調(diào)用各機群標準輔助時間和產(chǎn)品加工時間，接著輸入加工工序、人機共同操作時間等其他參數(shù)，系統(tǒng)按照配置算法得到相應的配置結果。當配置出來人員利用率過高時，系統(tǒng)會給出警示，此時需增加操作員工數(shù)目以此得到合適的人員配置。

管理員可以通過人機配置查詢模塊(圖6)查看各機群詳細的人機配置。通過輸入機群名稱或者選擇相應的加工工段、機群，從而獲取各機群詳細的人機配置、人員利用率、機器利用率、以及詳細的產(chǎn)品加工信息。

圖5 人機配置模塊

圖6 人機配置查詢模塊

6)看板管理

針對各個工段，根據(jù)實際生產(chǎn)流程和進度，展示各機群當前工序信息和完工信息，包括工藝規(guī)程、在制品信息、物料信息、完工信息和品質(zhì)信息等，提示操作、協(xié)作、檢驗和交接信息，并能夠提供當前產(chǎn)品整個工藝過程完成情況。

7)系統(tǒng)設置

管理員可以通過系統(tǒng)設置模塊進行用戶權限、用戶密碼等相應操作，以保證整個MES有秩序的運行。

3 結論

本文提出了基于IE改善的MES的設計理念和系統(tǒng)構架，結合某裝備制造企業(yè)實際生產(chǎn)情況，針對該廠人機配置不合理等問題，設計了基于IE改善的MES。為此，使得企業(yè)的生產(chǎn)更信息化、透明化、智能化，從而提高了企業(yè)的競爭力。實踐表明，MES的推行需要標準化的實施支持，為此企業(yè)在設計、推行MES之前必須進行IE改善，融入IE管理理念，只有生產(chǎn)流程、操作作業(yè)、操作工時標準化之后，MES才能為管理人員做出合理的決策提供強硬的支撐。

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